NACA半悬挂舵舵叶流场数值模拟及舵装置辅助设计

发布时间：2017-03-23 14:01

  本文关键词：NACA半悬挂舵舵叶流场数值模拟及舵装置辅助设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 舵装置是船舶安全航行的重要保证。在船舶外形尺度和螺旋桨确定后,舵就成了影响船舶操纵性的最重要的因素。船舶现代设计要求船舶有良好的操纵性,而船用舵性能优越,结构简单,因此舵的设计尤为重要。 目前舵的设计工作主要是根据以往的优良船型的设计资料进行设计。设计者在母型船舵系的基础上反复修改、校核,直至得到满足用户需要、且符合规范的设计。这个过程繁琐复杂,通常一个小小的改动会牵动其他的很多变动,从而导致设计效率低下,这严重影响船的设计进度。因此如何能提高舵的设计效率,较快的设计出实用高效的舵,成了设计者面前一个亟待解决的问题。本文正是基于此想法,编写应用程序,实现参数化绘图,由计算机自动导出舵设计计算书,以提高舵设计效率,简化设计人员的工作。 本论文主要工作有两部分:采用FLUENT软件,模拟舵叶流场数值变化,得出舵的水动力特性;利用VB编写应用程序实现自动绘制舵图形和自动生成舵设计计算书。考虑到舵的种类繁多、功能各异,本文主要针对市场占有率最大的海洋运输船常用的舵型——NACA对称翼型剖面半悬挂舵。 舵的结构形式简单,为舵设计的参数化设计提供了可能。本文提取舵叶弦长、展弦比、舵剖面型号作为绘制舵图形的基本参数。用户只需在程序窗口中输入船舶主尺度、舵叶基本参数等值,程序即可驱动AutoCAD自动绘图,并得到校核强度所需的有关尺寸。程序将这些尺寸导入计算模块中进行计算,由用户决定所选用的材料型号,选用的舵杆直径等,最后得到舵设计计算书。整个过程非常简单快捷,经过设计实例证明结果实用可靠。 舵装置的设计有两大关键步骤,一个就是确定所选择的舵的水动力特性,即舵力、扭矩等,以便核算舵的结构尺寸,选择舵机;另一个是选择所需的舵面积及其有关特性参数。而目前的舵的水动力性能的计算主要有两种方法:其一是利用舵的模型资料进行换算;其二是采用近似计算公式估算。但这两种方法都存在一定缺陷。采用近似公式估算简单易行,但结果非常不精确。而得到模型资料需要进行大量试验,耗费巨大,且模舵与实舵还存在很多差异,试验结果相对精确但仍有出入。本文是基于FLUENT软件,利用GAMBIT前处理软件建模,采用spalart-Allmaras湍流模型,二阶迎风格式模拟舵叶流场,计算得到了舵的水动力性能数据。与舵模型试验数据比较,结果吻合较好。本人利用FLUENT软件进行大量计算,研究了展弦比、来流速度、剖面形式对舵的水动力性能的影响。并据此为舵的参数化设计选取了关键参数。 本文对舵叶粘性流场进行数值模拟,得出了舵的水动力特性。作者所进行的研究,有效的缩短了半悬挂舵的设计过程,从方案设计、图纸表达、性能分析到最后的方案确定都由应用程序迅速解决,加快了设计进度,提高了设计效率。
【关键词】：半悬挂舵 VB 参数化设计 FLUENT 数值模拟
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP391.72;U664.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-17
• 1.1 背景11
• 1.2 船用舵简介11-13
• 1.3 国内外研究状况分析13-15
• 1.4 本文的主要工作15-17
• 第2章 舵叶流场数值模拟17-40
• 2.1 FLUENT软件简介17-19
• 2.1.1 概述17-18
• 2.1.2 FLUENT在舵流场数值模拟中的应用18-19
• 2.2 基本理论与数值方法19-25
• 2.2.1 控制方程19-20
• 2.2.2 湍流模型20-22
• 2.2.3 空间离散22-24
• 2.2.4 方程离散24-25
• 2.3 Gambit建模与网格划分25-26
• 2.4 舵叶水动力计算26-40
• 2.4.1 计算模型及计算条件26-29
• 2.4.2 FLUENT数值计算过程29-30
• 2.4.3 计算结果及分析30-36
• 2.4.4 展弦比、翼型剖面及雷诺数对舵叶水动力的影响36-39
• 2.4.5 小结39-40
• 第3章 基于 VB的二次开发40-51
• 3.1 AutoCAD二次开发40-43
• 3.1.1 AutoCAD40-41
• 3.1.2 VB与 AutoCAD41-43
• 3.2 参数化设计43-46
• 3.2.1 参数化技术简介43-45
• 3.2.2 参数化绘图45-46
• 3.3 Excel VBA技术46-51
• 3.3.1 VB与 Excel链接46-49
• 3.3.2 计算书的生成49-51
• 第4章 舵装置辅助设计研究51-61
• 4.1 舵设计要素51-52
• 4.2 舵设计与二次开发52-61
• 4.2.1 舵的参数化设计思路52-54
• 4.2.2 舵的参数化绘图54-56
• 4.2.3 舵设计计算书的生成56-58
• 4.2.4 舵设计程序的使用58-61
• 第5章 总结与展望61-63
• 5.1 总结61
• 5.2 展望61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果67

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 谢俊超;周瑞平;;襟翼舵水动力性能仿真研究[J];江苏船舶;2012年01期

2 余晖冬;陈永冰;乔轶;;敞水双舵水动力性能及计算分析[J];中国水运(下半月);2013年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 刘显龙;水下拖曳体外形设计及其水动力学性能分析[D];大连理工大学;2010年

2 谢俊超;襟翼舵设计计算及水动力性能仿真研究[D];武汉理工大学;2011年

3 陈涛;微型观光潜艇十字舵系统研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

4 王蕾;直驱式容积控制舵机的建模及控制仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 陈雷强;舵附推力鳍参数化设计及试验分析[D];武汉理工大学;2012年

  本文关键词：NACA半悬挂舵舵叶流场数值模拟及舵装置辅助设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：263852